黄土的独立物性指标及其与湿陷性参数的相关性分析

黄土的湿陷性是其重要的工程特性,常用一维压缩应力条件下的湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力等指标定量评价。影响黄土湿陷性的因素较多,包括土的粒度、密度、湿度等基本物理性质指标,且各因素之间并非完全独立,存在一定相关性。采用因子分析法,通过对西安地铁4号线黄土高台地和宝鸡-兰州高速铁路隧道黄土塬湿陷性黄土场地地层物性质指标的统计分析和相关性分析,首先确定了相对独立的含水比（含水率与液限之比）和孔隙比3个物性指标反映的两个因子。然后,依据湿陷性黄土场地的试验资料,通过多元线性回归分析,分别得到了两个场地黄土的自重湿陷系数、湿陷起始压力以及压缩模量与含水比和孔隙比之间的相关关系。最后,比较分析了两个场地黄土自重湿陷系数、湿陷起始压力和压缩模量计算值与实测值,验证了利用因子分析法寻找影响黄土湿陷性的独立因子,建立黄土湿陷性参数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。针对两个地区两类地貌单元湿陷性黄土场地,建立的黄土湿陷性参数的相关关系具有快速、准确的评价黄土湿陷性和黄土地基湿陷变形的实际意义。     

黄土湿陷系数与物理性质参数的相关性

湿陷系数是目前用以判断黄土湿陷等级、评判黄土湿陷危害并预测湿陷量的常用指标。为更方便而准确地获取工程建设场地黄土的湿陷系数,通过在关中地区岐山、兴平探井取土,进行室内土工试验,得到土的各项物理性质参数。经统计分析,发现黄土湿陷系数与含水量、干密度、孔隙比以及压缩模量具有较好的相关性。依次进行了四元、三元、二元、一元曲线拟合,得到一系列回归方程。对回归方程预测模拟,发现运用所得回归方程预测关中地区的黄土湿陷性是可行的。      

黄土湿陷系数与物理性质参数的相关性

湿陷系数是目前用以判断黄土湿陷等级、评判黄土湿陷危害并预测湿陷量的常用指标。为更方便而准确地获取工程建设场地黄土的湿陷系数,通过在关中地区岐山、兴平探井取土,进行室内土工试验,得到土的各项物理性质参数。经统计分析,发现黄土湿陷系数与含水量、干密度、孔隙比以及压缩模量具有较好的相关性。依次进行了四元、三元、二元、一元曲线拟合,得到一系列回归方程。对回归方程预测模拟,发现运用所得回归方程预测关中地区的黄土湿陷性是可行的。     

黄土湿陷系数影响因素的相关性分析

湿陷性是黄土重要的工程性质,而湿陷系数则是评价黄土湿陷等级的重要指标,本文从工程地质角度学出发分析了各土性指标对湿陷系数的影响,利用数理统计方法建立其内在关系。由于黄土湿陷是众多影响因子共同作用下造成的,且各因素之间并非是完全独立,基于全面选取指标的考虑,采用因子分析理论对孔隙比、干密度、初始含水率、饱和度、塑限、液限、塑性指数、压缩模量八个常见指标进行分析,消除共线性对拟合的影响。将八个指标分为四大类,并从每一大类中选取一个与湿陷系数相关程度最大的因子进行线性回归分析,建立黄土湿陷系数与各影响因子的回归方程。最后,利用甘肃庆阳地区一探井实测数据验证该模型的精确度,结果显示湿陷系数预测结果与实测结果较为接近,对快速、准确预测黄土湿陷系数和评价黄土地区场地湿陷等级具有一定的工程实践和参考价值。     

取样方式对湿陷性土性质的影响探讨

通过在场地内布置的2处原位静载荷试验,基本查明场地内浅部细粒土的湿陷性特征。对冲击钻机、人工挖探及旋转钻机三种不同来源的土样进行了室内湿陷性试验。试验结果表明,冲击钻机取样的湿陷系数明显降低,分析原因为冲击取样对湿陷性土的密度及压缩模量均影响较大;旋转钻机取样对湿陷性土的含水量具有显著影响,同时由于作业过程中水对土体孔隙的填充,直接导致了土体饱和度和密度的增大。通过分析湿陷系数与密度的关系发现,湿陷系数大小与密度大小呈反相关,并且在密度达到1.90～1.95 g/cm~3左右时,场地内的土体基本不再具有湿陷性,该数据对场地处理湿陷性研究与生产具有一定的参考意义。     

影响黄土湿陷系数因素的分析

在工程地质勘察及土工试验资料的基础上，分析影响黄土湿陷性的主要因素，应用数理统计方法．系统研究了不同深度黄土湿陷系数随天然含水量和干密度的变化规律：黄土的湿陷系数δs随深度的增加而减小；天然含水量ω和干密度γd与黄土的湿陷系数δs均呈直线负相关关系。通过回归分析建立了黄土湿陷系数与其主要影响因素间的线性回归方程：δs=-0．00038ω-0．1022γd＋0-1839。     

陕北台塬区深层黄土湿陷性研究及地基处理

陕北台塬区深层湿性黄土厚度大,地基处理困难。室内试验表明:该区黄土的湿陷性与其结构、天然含水量、孔隙比、时代成因等因素相关,黄土的湿陷系数由上到下逐渐递减,表明湿陷性随深度增加而逐渐减弱;黄土的含水量和孔隙比分别与湿陷系数呈反相关和正相关关系。提出陕北台塬区深层湿陷性黄土地基处理时,对单位荷重小于250 kPa的建筑物,适宜采用灰土垫层、灰土挤密桩或灰土挤密桩与灰土垫层相结合方案;单位荷重大于或等于250 kPa的建筑物,宜采用桩基础方案。      

增(减)湿时黄土的湿陷系数曲线特征

分别采用单线法和双线法对原状 黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验。根据试验结果,总结出了黄土的湿陷变形随饱和度及压力变化的规律,分析了湿陷性黄土在增（减）湿过程中的湿陷变形性状及不同应力路径对黄土湿陷变形特性的影响,指出湿陷系数曲线因为试验方法的不同而表现出不同的规律性：初始含水量较低时,单线法的湿陷性大于双线法;当初始含水量达到某个值时,两者的湿陷系数曲线出现交叉现象;当初始含水量超过该值后,单线法的湿陷性小于双线法;这种交叉现象是由黄土本身的特殊结构性所决定的。最后对湿陷系数与初始含水量的关系进行了探讨。     

陇东地区湿陷性黄土工程地质特性研究——以白龙江引水工程为例

陇东位于黄土高原腹地,为我国典型的黄土地貌发育区,结合甘肃省白龙江引水工程,对陇东地区黄土工程地质特性进行研究,重点对与工程关系密切且具有湿陷性的中更新统(Q2)离石黄土及上更新统风积(Q32)马兰黄土地质特性进行分析,针对湿陷性黄土分布、厚度、变化规律和研究场地湿陷类型、地基湿陷等级,通过试验研究湿陷性黄土的物理力学性质及随深度的变化规律,研究结果表明:陇东地区黄土湿陷性随深度增加湿陷性逐渐减弱;湿陷系数随干密度的增大而减小,随孔隙比变小而逐渐减小,一般干密度≥1.42 g/cm3或孔隙比小于0.9的黄土,基本上无湿陷性;湿陷性黄土主要存在地基湿陷变形和黄土边坡稳定问题,应采取地基处理措施和防水措施、合理设置开挖坡比和马道,采取坡顶、坡面及坡脚排水等措施解决工程地质问题。研究结果对陇东地区水利工程的顺利实施具有重要的意义。     

结构性黄土一维湿陷特性的离散元数值模拟

针对结构性湿陷性黄土大孔隙和胶结特性,应用离散元生成了不同含水率结构性黄土试样,研究试样的一维湿陷特性。首先,根据已有的结构性黄土试验资料和胶结颗粒材料离散元数值试验成果,建立胶结强度和初始饱和度之间的关系。其次,采用蒋明镜等提出的分层欠压法[1]和胶结模型[2]制得不同含水率结构性黄土离散元试样,然后进行不同含水率双线法和同一含水率4个压力下单线法湿陷试验的离散元数值模拟。数值模拟结果表明,提出的离散元分析方法能模拟天然结构性湿陷性黄土的主要力学性质,随着含水率的减少,结构屈服应力和最大湿陷压力增加,湿陷系数随着压力先增加后减小,湿陷起始压力为饱和试样的结构屈服应力,单线法湿陷后压缩曲线与饱和试样的压缩曲线接近。此外,模拟结果还表明,不同含水率结构性黄土离散元试样的最大湿陷系数与天然结构性湿陷性黄土相差较远,但在最大湿陷系数与孔隙比的比值上相接近;结构屈服对应着胶结的逐步破坏,湿陷伴随着大量的胶结破坏。提出了基于胶结点数目的损伤变量,研究了其在加载和湿陷过程中的变化规律。研究成果为认识黄土复杂力学特性和建立其本构理论提供了基础。     

巴基斯坦某黄土场地湿陷特性试验

巴基斯坦某地区的黄土为第四纪全新统冲洪积层,对该地区的研究和现有地质资料都比较少,需要做专门的研究。为了确定该区域的黄土地层分布情况及湿陷特性,根据工程场地建筑分布,分别选取典型位置的钻孔,取土样进行土工室内试验研究。利用构度指标定量描述黄土的结构特征,确定黄土的自重湿陷系数和湿陷系数,计算场地自重湿陷量和总湿陷量,并与规范方法进行比较。试验结果表明,该区域场地黄土的干密度和湿陷系数（上覆压力200 kPa）随深度几乎不变,天然含水率随深度整体呈增加的趋势。黄土的构度随综合物理特征量的增加而呈指数形式减小,压缩屈服应力p_sc随含水量的增加而减小,并且与构度呈线性关系。判定该区域黄土的场地为自重湿陷性场地,修正系数建议取小于1,地基湿陷等级为Ⅲ级严重。      

陕西洛川L_1～S_4黄土-古土壤湿陷性及其成因研究

利用工程压缩实验方法,对陕西洛川坡头黄土剖面L_1黄土至S_4古土壤进行了湿陷性的测定。结果表明,2kg压力下L_1~S_4湿陷系数变化在0.002~0.091之间,S_2古土壤及其以上层位都具有湿陷性,湿陷性土层分布深度为20m。L_1和L_2黄土分别为强湿陷性和中等湿陷,湿陷系数分别为0.071和O.056;S_1古土壤上部和S_2古土壤分别为弱湿陷和中等湿陷,湿陷系数平均分别为0.018和O.031。3kg压力下L_4黄土及其以上层位都具有湿陷性,分布深度达到了28.6m。在L_4黄土和其之上的层位都具有不同程度的自重湿陷性。在洛川坡头剖面L_3黄土之下的土层已不具有湿陷性,表明导致黄土湿陷的不稳定的土壤结构性孔隙在该层黄土及其以下已经受到了重力作用的破坏。洛川剖面在0~20m左右深度范围黄土湿陷系数、孔隙度和饱和度在垂向上随黄土与古土壤的交替呈波动变化规律,黄土层的湿陷性比古土壤湿陷性强,经受成壤作用弱的s:古土壤比经受成壤强的s。古土壤湿陷强,这是当时的冰期与间冰期成壤作用强弱不同造成的,也表明第四纪气候变化是导致黄土剖面湿陷性强弱变化、饱和度及孔隙度变化的主要原因,同时表明第四纪气候变化理论研究成果在黄土工程性质、工程性质产生原因和垂向变化规律研究方面具有重要应用价值。孔隙度与湿陷系数之间呈指数函数正相关关系,饱和度与湿陷系数之间呈指数函数负相关关系。孔隙度与饱和度具有指示黄土湿陷性强弱的作用。     

黄土物理性质与湿陷性的关系及其工程意义

以陇东地区黄土为研究对象,探讨了湿陷系数与各种物理指标的内在联系,采用多因素回归分析建立了湿陷系数与含水量、孔隙比、塑性指数(粘粒含量)的分析模型,结果显示湿陷系数与物理指标间具有良好的相关性,采用物理指标计算的湿陷总量与实验测试总量较为接近,计算结果更好的反映湿陷性随取样深度变化的规律,对评价湿陷性黄土地基具有工程实用价值。     

西宁地区新近堆积黄土的特征

西宁地区新堆积黄土在分布、野外鉴别特征、物理力学指标等方面,有别于一般湿陷性黄土及其他地区新近堆积黄土;对影响湿陷性的两个主要因素（天然孔隙比、含水量）与湿陷系数的关系进行了综合分析与归纳;并在数理统计的基础上,提出了新近堆积黄土的判别式。对西宁地区新近堆积黄土的评价,具有参考与实用价值。     

基于主成分分析法的Q2黄土湿陷特性研究

Q2黄土由于埋藏深,结构相对致密,其湿陷性问题常常被忽视。湿陷系数作为评价黄土湿陷程度的定量指标,其影响因素众多,包括土的含水率、干密度、孔隙比等。由于各因素之间存在一定相关性,所建立的湿陷系数与物理指标之间相关关系往往准确度较低。为降低黄土湿陷指标多重相关性对数据回归分析结果的影响,提高预测精度,以彬州渭化乙二醇项目场地Q2黄土为研究对象,在统计分析场地地层物性指标及湿陷系数与物性单一指标之间相关性的基础上,筛选了7个与湿陷系数相关性较好的指标。采用主成分分析法,通过多元线性回归分析,建立了以累积方差贡献率为基础的Q2黄土湿陷系数计算模型。模型计算值与实测值对比结果表明,该方法有效较低了湿陷系数影响因子之间的多重相关性和相互影响问题,证实了所建立的Q2黄土湿陷系数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。     

原状黄土显微结构特征与湿陷性状分析

基于原状黄土的显微结构扫描电镜及室内湿陷性试验,分析了黄土的微结构特性和不同压力不同含水量下黄土的湿陷性状及其之间的内在联系,结果表明:随着埋藏深度的增加,由支架大孔微胶结结构逐渐变为镶嵌微孔半胶结结构,支架大孔孔隙发育逐渐变为粒间孔隙发育,再为微孔孔隙发育;黄土在增湿情况下其湿陷系数-压力关系曲线由三部分组成,初始压缩变形阶段,是结构强度发挥阶段,变形较小,黄土微结构没有遭到破坏;曲线第一转折点s=0.015后,原有结构破坏,微结构发生变化,颗粒重新排列,湿陷速率增大,是湿陷变形主要阶段;达到峰值后,颗粒间形成了新的结构,湿陷变形幅度减小;随着骨架颗粒连接逐渐变为非架空的镶嵌排列,湿陷起始压力及峰值湿陷压力值随着埋藏深度的增加而增加,而峰值湿陷系数和湿陷变形量的压力范围随着埋藏深度的增加而变小;骨架颗粒特征和孔隙特征是黄土湿陷性的内在影响因素,而胶结物的多寡及胶结状态是黄土湿陷性强弱的主要影响因素之一。     

关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识

在总结诸多大型浸水现场试验成果的基础上,提出了一些关于湿陷性评价方法和剩余湿陷量合理控制等问题的新认识,目的是为了修正自重湿陷性黄土场地的自重湿陷量计算值与其实测值之间的差异,并减小地基处理深度。在获取自重湿陷量的计算值时,引进了一个深度修正系数?,使自重湿陷量和湿陷量的计算值接近实测值,这在一定程度上降低了较深部位黄土的剩余湿陷量。在获取湿陷量计算值时,提出了扩大湿陷系数阈值(0.015)的方案,并与深度修正系数?联合使用,达到了扩大湿陷量的计算值和降低较深土层的剩余湿陷量的目的。提出了大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷临界深度的概念,通过若干资料将其初步确定为20²5 m之间,结合深度修正系数和扩大湿陷系数阈值方法,使用湿陷临界深度概念,可以更为有效地降低较深土层的剩余湿陷量。新的研究思路可为自重湿陷性黄土场地的类似工程和黄土规范的修订提供一定的参考。     

西峰塬黄土的湿陷性研究

采用双线法对西峰塬原状Q3黄土进行增湿、减湿情况下的压缩试验。分析了黄土的湿陷变形随湿度及压力的变化规律。利用SEM技术测试了黄土湿陷前后的微结构变化,采用微结构定量化分析方法和分形分维集合方法分析了黄土试样微观孔隙的变化规律。结果表明:(1)黄土湿陷性的产生是构成黄土架空孔隙的刚性结点变异导致。(2)同级压力下超越湿陷率随初始含水量的增加而变大; 初始含水量在同一水平下,随压力的增加超越湿陷率逐渐变大。(3)黄土湿陷过程伴随孔隙数量大幅增加,平均孔径减小,孔隙面积缩小,大中孔隙数量骤降; 孔隙结构变得更加复杂。本文提出了黄土超越湿陷率的概念及受外界因素的影响规律,分析了非饱和黄土的湿陷机理,即水分和外力不同组合情况的湿陷性。     

浅谈黄土湿陷系数与土的干密度孔隙比的规律

黄土在一定压力下,受水侵蚀后结构迅速破坏而产生显著附加沉陷的性能,称为湿陷性。湿陷系数＆愈大,说明黄土的湿陷性愈强烈。一般黄土层湿陷性随深度增加而减弱,但不呈线性关系。但是黄土是否具有湿陷性可以依据土的干密度（ρd）、孔隙比（e0）的大小做较直观的判断。     

西宁地区黄土增湿变形特性及微观结构分析

针对西宁地区湿陷性黄土,通过侧限压缩试验,分析埋藏深度和增湿含水率对黄土在增湿条件下湿陷变形和压缩变形变化规律,并结合电镜扫描对不同增湿含水率黄土试样的微观结构进行定性定量分析,宏微观结合分析黄土试样微观结构与湿陷变形之间的相互关系。结果表明:（1）随着含水率的增大,同一压力下的增湿湿陷变形量和压缩量逐渐变小,且当含水率增加到一定程度时,土体被挤密、强度提高,压缩性减弱、湿陷性减弱或无湿陷性;（2）由于黄土应力历史影响其结构性和湿陷性,随着埋藏深度和含水量增加,5 m的黄土较于3 m的黄土所表现出的增湿湿陷变形量和压缩变形量相对较小;（3）浸水前后随着含水率的增加,孔隙的排列方式逐渐趋于稳定,颗粒分布逐渐集中且团粒化程度变高、孔隙面积比例逐渐减小、孔隙形态逐渐变得狭长与浸水前后黄土宏观增湿变形表现一致。